LIGO et Virgo détectent des fracas d’étoiles à neutrons

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Le 25 avril 2019, l’observatoire d’interféromètre laser (LIGO) de l’interféromètre laser de la National Science Foundation et le détecteur européen Virgo ont enregistré des ondes gravitationnelles provenant de ce qui semble être un crash entre deux étoiles à neutrons – les restes denses d’étoiles massives qui ont éclaté. Un jour plus tard, le 26 avril, le réseau LIGO-Virgo a repéré une autre source candidate potentiellement intéressante: elle serait peut-être le résultat de la collision entre une étoile à neutrons et un trou noir, un événement jamais vu auparavant.

LIGO et Virgo ont détecté un crash entre deux étoiles à neutrons

« L’univers nous maintient sur nos gardes », a déclaré Patrick Brady, porte-parole de la collaboration scientifique LIGO et professeur de physique à l’université de Wisconsin-Milwaukee. « Nous sommes particulièrement curieux à propos du candidat du 26 avril. Malheureusement, le signal est plutôt faible. C’est comme écouter quelqu’un qui chuchote dans un café animé; il peut être difficile de distinguer le mot ou même d’être sûr des murmurs. Il faudra un certain temps pour parvenir à une conclusion à propos de ce candidat. »

« LIGO de la NSF, en collaboration avec Virgo, a ouvert l’Univers aux futures générations de scientifiques », a déclaré la directrice de la NSF, France Cordova. « Une fois encore, nous avons assisté au phénomène remarquable de fusion d’étoiles à neutrons, suivi de près par une autre fusion possible d’étoiles effondrées. Avec ces nouvelles découvertes, nous voyons les collaborations LIGO-Virgo réaliser leur potentiel en produisant régulièrement des découvertes qui étaient autrefois impossibles. Les données de ces découvertes et d’autres qui suivront, aideront la communauté scientifique à révolutionner notre compréhension de l’Univers invisible. »

Ces découvertes interviennent quelques semaines seulement après le retour de LIGO et de Virgo. Les détecteurs jumeaux de LIGO – l’un à Washington et l’autre en Louisiane – ainsi que Virgo, située à l’observatoire européen de la gravitation (EGO) en Italie, ont repris leurs activités le 1er avril, après avoir subi une série de mises à niveau pour accroître leur sensibilité aux ondes gravitationnelles – des ondulations dans l’espace-temps. Chaque détecteur surveille maintenant des volumes plus importants de l’Univers, à la recherche d’événements extrêmes tels que des collisions entre trous noirs et des étoiles à neutrons.

Virgo couvre le ciel 90% du temps

« Réunir des forces et des instruments humains au sein des collaborations LIGO et Virgo a de nouveau été la recette d’un mois scientifique incomparable, et la campagne d’observation actuelle durera encore 11 mois », déclare Giovanni Prodi, coordinateur de l’analyse des données à Virgo, à l’université de Trento et l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) en Italie. « Le détecteur Virgo fonctionne avec la plus grande stabilité et couvre le ciel 90% du temps avec des données utiles. Cela permet de pointer vers les sources, à la fois lorsque le réseau est pleinement opérationnel et parfois lorsqu’un seul des détecteurs LIGO est en veille. Nous avons beaucoup de travail de recherche révolutionnaire à venir. »

Outre ces deux nouveaux candidats impliquant des étoiles à neutrons, le réseau LIGO-Virgo a, lors de cette dernière tournée, repéré trois fusions de trous noirs probables. Au total, depuis l’histoire de la première détection directe d’ondes gravitationnelles en 2015, le réseau a décelé des preuves de la fusion de deux étoiles à neutrons; 13 fusions de trous noirs; et une fusion possible entre une étoile et un trou noir.

Lorsque deux trous noirs entrent en collision, ils déforment la structure de l’espace-temps en produisant des ondes gravitationnelles. Lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision, elles envoient non seulement des ondes gravitationnelles, mais également de la lumière. Cela signifie que les télescopes sensibles aux ondes lumineuses à travers le spectre électromagnétique peuvent assister à ces impacts avec LIGO et Virgo.

Un de ces événements s’est produit en août 2017: LIGO et Virgo ont tout d’abord repéré une fusion d’étoiles à neutrons dans des ondes gravitationnelles, puis, dans les jours et les mois qui ont suivi, environ 70 télescopes au sol et dans l’espace ont été témoins des conséquences explosives sous des ondes lumineuses, notamment des rayons gamma à la lumière optique en passant par les ondes radio.

Dans le cas des deux récents candidats d’étoiles à neutrons, des télescopes du monde entier ont de nouveau couru pour suivre les sources et capter la lumière attendue de ces fusions. Des centaines d’astronomes pointaient avec impatience des télescopes sur des zones du ciel susceptibles de contenir les sources de signaux. Cependant, pour le moment, aucune des sources n’a été identifiée.

« La recherche de contreparties explosives du signal à ondes gravitationnelles est difficile en raison de la quantité de ciel à couvrir et des changements rapides de luminosité », déclare Brady. « Le nombre de candidats à la fusion d’étoiles à neutrons découverts avec LIGO et Virgo offrira davantage de possibilités de recherche des explosions au cours de la prochaine année. »

L’éclatement du 25 avril aurait eu lieu à environ 500 millions d’années-lumière de la Terre

L’éclatement de l’étoile à neutrons du 25 avril, baptisé S190425z, aurait eu lieu à environ 500 millions d’années-lumière de la Terre. Une seule des deux installations LIGO jumelées a détecté son signal avec Virgo (LIGO Livingston a été témoin de l’événement mais LIGO Hanford était hors ligne). Étant donné que seuls deux des trois détecteurs ont enregistré le signal, les estimations de la position dans le ciel d’où il provient ne sont pas précises, ce qui laisse les astronomes à examiner de plus près le quart du ciel pour déterminer la source.

La collision possible entre un trou noir et une étoile à neutrons le 26 avril (appelée S190426c) aurait eu lieu à environ 1,2 milliard d’années-lumière. Il a été vu par les trois installations de LIGO-Virgo, ce qui a permis de mieux déduire son emplacement aux régions couvrant environ 1 100 degrés carrés, soit environ 3% du ciel.

Les dernières observations de LIGO-Virgo s’avèrent la plus excitante à ce jour

« La dernière tournée d’observation de LIGO-Virgo s’avère être la plus excitante à ce jour », a déclaré David H. Reitze de Caltech, directeur exécutif de LIGO. « Nous voyons déjà des allusions à la première observation d’un trou noir avalant une étoile à neutrons. Si cela tient le coup, ce serait un trifecta pour LIGO et Virgo – dans trois ans, nous aurons observé tous les types de trous noirs et collision d’étoiles à neutrons. Mais nous avons appris que les affirmations de détections nécessitent un travail laborieux, comme la vérification et la revérification, nous allons donc devoir voir où les données nous mènent. »

LIGO est financé par la NSF et exploité par Caltech et le MIT, qui a conçu LIGO et dirigé les projets LIGO initial et avancé. Le soutien financier au projet Advanced LIGO a été dirigé par la NSF avec l’Allemagne (Max Planck Society), le Royaume-Uni (Science and Technology Facilities Council) et l’Australie (Australian Research Council-OzGrav) en prenant des engagements et des contributions significatifs au projet.

Vous pouvez visiter le site de Virgo pour plus de détails

Environ 1 300 scientifiques du monde entier participent aux travaux dans le cadre de la collaboration scientifique LIGO, qui comprend la collaboration GEO. La liste complète des partenaires est disponible ici. Pour plus de détails, vous pouvez visiter le site internet de Virgo.

Source : MIT
Crédit photo : Pixabay (montage)

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